作为罩式退火炉的重要设备，炉承板的稳定运行对生产安全有重大影响。 本文从工作环境、应力、安装精度、位置、材料等入手，采用有限元法分析承重板裂纹的原因，并分析设备维修方法和注意事项，从而提高设备的使用寿命，降低设备的维护成本。 经确定承重板的裂缝修复方案后，共修复了8块承重板。 修复后，使用时间最长的承重板已使用一年以上，使用效果好，承重板表面光滑无变形，无裂纹后继续发生。 承重板裂纹修复方案对类似工况和结构工件的维修方法和检查方法具有参考作用，为维修人员更快速、高效地查找故障原因提供参考。
罩式退火炉一般采用炉组生产，炉内承载板是罩式退火炉的关键设备。 由于退火过程，炉内承重板在生产周期中会反复受到交变热应力[1]，如果发生，将对生产稳定性和机组运行的安全性产生重大影响。 在某钢铁公司的冷轧机中，罩式退火炉组的承重板经过1、2年的调试后，部分承重板开始出现裂纹，裂纹长度随着生产次数的增加而不断增大。 当承重板的裂纹长度增长到一定程度时，承重板会出现局部严重变形、坍塌等故障，是安全生产的严重隐患，因此应强制报废。 但是，由于炉承重板成本高，备件数量多，如果全部更换，退火炉芯轴就会报废，造成大量浪费。 因此，有必要分析炉子轴承板断裂的原因，制定修复方案，并对后续炉子轴承板的新备件的结构和材料提出改造方案，以便更有效、低成本地解决问题。
裂纹成因分析
在整个退火生产周期中，承重板主要承受钢卷在高低温交替的工作环境中的压力，出现裂纹的原因判断为承重板结构设计的缺陷和承重板所选材料的耐热性低。
轴承板结构形状影响
炉子承重板的裂纹都在同一位置，分布均匀，裂纹出现后，在向中间扩展的过程中，通过承重板上的定位孔位置安装裂纹。 安装定位孔为沉孔结构，处于悬浮状态，底板不支撑该部分，在90 100 t钢卷的压力下，容易产生应力集中，形成薄弱点。 从出现的初始位置开始，裂纹全部出现在轴承板悬伸的边缘，见图1。
此外，承重板在工作过程中同时承受30 700次反复交替的温度变化，特别是在加热阶段，炉底边缘与第一部分之间存在温差，因此加热后边缘和第一部分的热膨胀率不相同， 边缘膨胀快，第一次膨胀缓慢，承重板不断受到周期变热应力的影响，而承重板悬架的弱点——安装定位孔的位置，受到反复变化应力的作用，容易产生应力集中，结果，裂纹首先出现在边缘，并沿着定位孔的位置逐渐扩大， 并且裂纹继续扩大，直到承重板报废[2]。
承重板材质影响
为了分析承重板制造材料对裂纹的影响，在对承重板进行取样后进行了金相分析。 结果表明，材料中的Ni含量非常小，小于05%，导致承重板在高温下的耐热性、塑性和韧性与不锈钢相比明显降低，而在700度的高温下，承重板结构的薄弱区域容易开裂。
从承重板产生裂纹的原因分析可以看出，承重板结构设计上的缺陷和所选材料构件的低温耐热性是承重板产生裂纹的主要原因。
补救计划和改进措施。
为了避免破裂的承重板报废，尽量修复承重板，同时改善承重板原有的结构缺陷，以满足生产工艺的要求。 承重板的改进主要是有效利用原有的旧零件，材料的影响是无法改变的，所以主要方向是改进承重板结构，减少热变形和热应力。
确定和实施补救计划。
从裂纹集**可以看出，现在的承重板定位孔，定位孔的截面积变化很大，属于应力集中部分，反复加热过程产生的热应力使冷却缓慢的厚壁被拉伸，冷却较快的薄壁被压缩， 加热应力后产生裂纹。通过加工改变承重板的结构，去除裂纹，减少承重板的热应力和变形，从而消除裂纹的影响，提高承重板的寿命，从以下几个方面进行修复方案：
1）承重板中间板加热后初步调平，调平完成后要求承重板平面最高点与最低点的高度差为<5mm。
2）沿承重板中板裂纹方向，对完全穿透承重板的抗裂槽进行加工，将所有裂纹区域去除后，在抗裂槽末端加工应力孔，使工件在加工裂纹解除槽后形成膨胀缝，释放受热状态下的应力， 并有效防止骨折线的延伸[3]。
3） 重新定位承重板安装位置。裂纹解除处理完成后，承重板组装后，担压槽边缘仍处于悬浮状态，受力较差，为了改善承重板的受力条件，以原设计安装位置为基准安装承重板， 并顺时针旋转约8°9°进行安装（见图2）。泄压槽和定位孔都在底板的支撑范围内，这样在生产过程中可以有效地支撑溢流槽周围的区域，同时，承载板加热后的热膨胀方向受到限制，使其可以沿承重板的径向收缩， 改善承载板薄弱区域的应力状况，有效消除应力集中。
承重板修复方案的有限元分析
根据对承重板裂纹原因的分析及相应的修复方案，利用有限元分析软件对承重板修复前的受力和变形，以及修复后安装位置调整前后的受力和变形情况进行分析，从而验证是否存在裂纹的原因和承重板安装位置的调整是合理的。
1）承重板的准备模型工作。
根据对承重板材料的合金成分分析，该材料接近40cro钢，材料的力学性能如下：b=757 MPa，s=540 MPa，e=206 GPA。
已知承重板承载的最大钢卷重量为1mn，受力集中在承重板上的背板上，并由底板支撑，根据实际工作情况，选择受力位置约束选项，禁止承重板向正常方向移动， 同时根据支撑底板的承重板的结构约束面积进行修正，同时考虑实际应用中的安全性，在实际工作中取荷载的最大值，用于判断最危险时期的情况。
2）修复前对承重板的应力情况进行分析。
修复前对承重板模型进行网格划分后，使用ANSYS有限元力分析软件对力的弱部分（见图4）与实际裂纹部分一致，变形方向与实际裂纹扩展方向一致。 其中，定位销孔处的变形最大，产生裂纹的原因是销孔受到预应力作用。 在实际工况中，承重板受到重力和热膨胀力的双重作用，由于叠加而加剧了应力变形，验证了前人对裂纹成因的分析[4]。
3）承重板修复后安装位置调整的应力分析。
修复承重板的有限元计算主要针对承重板变形和受力的分析。 分析了工作位置调整前后的承重板状态，对修复后的承重板模型进行网格划分后，利用ANSYS有限元力分析软件计算了调整前后承重板的应力和变形，结果如图5所示。
从有限元法计算结果可以看出，承重板的应力主要集中在承重板的边缘，最大应力的地方在承重板底部的支座接触点边缘。 变形主要是与钢卷边缘的接触位置，最大变形在承重板的最外侧。
根据计算结果，调整承重板位置后，承重板最大变形减少142%，最大应力值降低2134%，说明承重板修复完成后，调整原安装位置可以提高承重板在增加应力消除槽后强度，减少变形和应力，达到改善承重板受力条件，提高承重板使用寿命的目的[5]。
结束语
1）确定承重板裂纹修复方案后，共修复8块承重板，修复后的承重板最多使用一年以上，目前使用效果好，承重板表面光滑无变形，无裂纹后继续发生。因此，继续按照此修复方案对剩余变形的承重板进行加工和修复。
2）承重板的维修费用仅为新零件的10%，既保证了连续稳定生产，又大大降低了设备维护成本。
3）承重板裂纹问题的解决，使今后类似工况和结构工件的维修方法和检查方法有了借鉴，为维修人员更快、更高效地找到故障原因提供了参考。
引用。 1]张静瑾.带钢和板材的冷轧生产。 北京： 冶金工业出版社， 2006
2] 宋廷欣， 罗元文， 朱若艳.提高退火炉圆盘结构热疲劳寿命的研究。 北京理工大学学报，2003（8）：14
[3]程大贤.《机械设计手册》，北京：化学工业出版社，2009
4] 曹华军， 舒林森， 徐磊， 等. 复杂机械零件的六面体有限元网格生成方法. 机械工程学报， 2014（15）：114
5]方庆华.基于Ansys的开卷机主轴结构研究。 科技创新与生产力， 2013（9）： 107
文章** — 金属世界。